2.2 Dielektrischer Verlust

2.2.1 Dielektrischer Verlust

Unter der Wirkung von Wechselspannung wird ein Teil der elektrischen Energie im Dielektrikum in Wärmeenergie umgewandelt. Dieser Teil der Energie wird als dielektrischer Verlust bezeichnet. Er wird hauptsächlich durch Leitfähigkeit und langsame Relaxationspolarisation verursacht und ist auch die Hauptursache für den elektrischen Durchschlag des Dielektrikums. Die pro Zeiteinheit verbrauchte Energie wird üblicherweise als dielektrische Verlustleistung bezeichnet.

2.2.2 Die Form des dielektrischen Verlusts

Eingeteilt in: freier Verlust, Dipolverlust, Leitfähigkeitsverlust, ungleichmäßiger dielektrischer Verlust

2.3 Isolationsalterung

2.3.1 Das Konzept der Isolationsalterung

Während des Betriebs elektrischer Geräte kommt es aufgrund verschiedener Faktoren über längere Zeit zu einer Reihe irreversibler chemischer und physikalischer Veränderungen im Isolationsmaterial, was zu einer Verschlechterung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften führt. Diese irreversible Veränderung wird häufig als Alterung bezeichnet.

Die Isolationsalterung wird in thermische Alterung, Umgebungsalterung und elektrische Alterung unterteilt. Die Faktoren, die die Alterung verursachen, sind Hitze, Elektrizität, Licht, Sauerstoff, Strahlung und Mikroorganismen.

2.3.2 Thermische Alterung

Durch Hitze verursachte Alterung von Isolationsmaterialien wird als thermische Alterung bezeichnet. Bei der thermischen Alterung kommt es bei polymeren Isolationsmaterialien häufig zu thermischem Abbau, der Bildung oder Freisetzung von niedermolekularen Substanzen. Die Isolations- und mechanischen Eigenschaften des Materials verschlechtern sich.

2.3.3 Elektrische Alterung

In elektrischen Geräten verändert sich die Leistung von Isolationsmaterialien unter der Einwirkung eines elektrischen Felds irreversibel bis zum Ausfall. Dieser Prozess wird als elektrische Alterung bezeichnet. Die Hauptursache für die elektrische Alterung von Isolationsmaterialien ist Teilentladung. Durch Teilentladung entsteht Ozon, ein starkes Oxidationsmittel, das Additionsreaktionen bei Makromolekülen mit Doppelbindungen verursacht und zur Ozonzersetzung des Materials führt.

2.3.4 Umgebungsalterung

Umgebungsalterung bezieht sich auf verschmutzende chemische Reaktionen, die Isolationsmaterialien unter der Einwirkung von Licht, Sauerstoff, Strahlung, Säure-Base und anderen Faktoren erfahren, wobei ultraviolettes Licht im Sonnenlicht der Hauptfaktor ist. 3 Feste Isoliermaterialien

Das in Transformatoren verwendete feste Isoliermaterial bezieht sich auf Isoliermaterialien, die in ihrer eigenen Form fest sind oder durch chemische Reaktionen und physikalische Veränderungen fest werden. Es gibt viele Arten von festen Isoliermaterialien für Transformatoren, wie Isolierpapier, Isolierkarton, Nomex-Band, Klebepapier, elektrisches Schichtholz, Epoxid-Glasgewebeplatte, Laminate mit niedrigem dielektrischen Verlust, Isolierlack, Isolierkleber, Baumwollband, Spannband, maschenfreies Polyesterband und so weiter. Diese Schulung wird die wichtigsten festen Isoliermaterialien für Transformatoren vorstellen.

3.1 Isolierpapier

Das hier beschriebene Isolierpapier bezieht sich auf reines Sulfat-Holzschliffpapier, andere Isolierpapiere umfassen synthetische Faserpapiere (wie NOMEX-Papier), verdicktes Isolierpapier (wie Denison-Papier) und so weiter.

3.1.1 Isolierpapier wird in zwei Kategorien unterteilt: Pflanzenfaserpapier und synthetisches Faserpapier.

3.1.2 Die Beziehung zwischen der Molekularstruktur von Cellulose und den Eigenschaften von Isolierpapier

3.1.2.1 Imprägnierung

Da die Molekularstruktur von Cellulose aus Hydroxylgruppen und primären Alkoholen besteht, hat Cellulose eine gute Hygroskopizität. Wenn Cellulose in feuchter Luft platziert wird, dringen Wassermoleküle zwischen die Makromoleküle der Cellulose ein und befeuchten die Kapillaren in der Cellulosestruktur. Daher hat das Isolierpapier eine gewisse Imprägnierbarkeit. Die Imprägnierung von Isolierpapier hängt eng mit den Prozessen der Zellstoffherstellung, Mahlung und Papierherstellung zusammen. Aus Sicht der Zellstoffherstellung gilt: Je reiner der Zellstoff, desto besser die Qualität und desto größer die Imprägnierbarkeit.

3.1.2.2 Mechanische Eigenschaften

Die mechanische Festigkeit des Papiers hängt zunächst vom Molekulargewicht der Cellulose ab. Je höher das Molekulargewicht, desto größer die Festigkeit. Ausgehend von diesem Grundkonzept kann für höherfeste Isolierpapiere Holz als Rohstoff anstelle von Hanf- oder Baumwollfasern verwendet werden, da das Molekulargewicht von Baumwoll- und Hanffasern viel größer ist als das von Holzfasern.

3.1.2.3 Elektrische Eigenschaften

3.1.3 Das Hauptisolierpapier für ölgefüllte Transformatoren

In ölgefüllten Transformatoren werden häufig Kraftkabelpapier, Hochspannungskabelpapier und Transformator-Wendelsolierpapier verwendet. Deren Leistungskennzahlen werden nachfolgend vorgestellt.

3.1.3.1 Kraftkabelpapier

Kraftkabelpapier wird für die Isolierung von Starkstromkabeln und Transformatoren oder anderen elektrischen Produkten bis 35KV verwendet. Die Produkte sind in drei Stufen unterteilt: DLZ-V, DLZ-A und DLZB, und die Dicke in drei Arten: 80um, 130um und 170um. Dieses Kabelpapier ist Bahnpapier.

3.1.3.2 Hochspannungskabelpapier

Hochspannungskabelpapier eignet sich für 110~330KV-Transformatoren und ist Bahnpapier.

3.1.3.3 Transformator-Wendelsolierpapier

Transformator-Wendelsolierpapier ist ebenfalls eine Art Hochspannungskabelpapier, aber die Papierqualität ist besser. Es kann für 550KV-Transformatoren, Transformatoren und Drosseln verwendet werden. Es gibt drei Formen von Wasser in Isolierpapier und Isolierkarton; 1. Chemisch gebundenes Wasser. 2. Physikalisch-chemisch gebundenes Wasser (Adsorption von Wasser). 3. Physikalisch-mechanisch gebundenes Wasser.

Dabei hat das chemisch gebundene Wasser die stärkste Bindungskraft, und der allgemeine Gehalt liegt unter 0,1%. Wenn der Transformator getrocknet wird und das gebundene Wasser behandelt wird, verringert sich der Polymerisationsgrad des Isolierkartons und das Material altert. Für Ultrahochspannungstransformatoren liegt der Wassergehalt des getrockneten Materials zwischen 0,2% und 0,3%.

Physikalisch-chemisch gebundenes Wasser bezieht sich auf die physikalische Adsorption von gebundenem Wasser, die auf der molekularen Wechselwirkung zwischen dem Material und dem Wasser basiert. Aufgrund der inneren und äußeren Aktivität von Cellulosefasern wird die Flüssigkeit durch physikalisch-chemische Anziehungskräfte adsorbiert. Der auf physikalisch-chemische Weise aufgenommene Wassergehalt liegt zwischen 8% und 9%.

Physikalisch-mechanisch gebundenes Wasser bezieht sich auf freies Wasser. Durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit in den Kapillaren des Materials ist es im großen Kapillarsystem vorhanden, d.h. in den Zellhöhlen und Zellzwischenräumen, und das Material ist physikalisch-mechanisch gebunden. Bei der Herstellung von Isolierpapier und -karton wird das freie Wasser während des Trocknungsprozesses zuerst entfernt, dann wird das Wasser teilweise adsorbiert, und sein Wassergehalt wird auf etwa 6% kontrolliert.

3.1.3.4 Telefonpapier

Telefonpapier wird aus ungebleichtem Sulfat-Holzschliff hergestellt und hauptsächlich in der Produktion von Telefonkabeln verwendet. Einige Transformatorfabriken verwenden es auch in der Transformatorproduktion. Telefonpapier wird auch als Basismaterial für Isolierkrepppapier verwendet.

Telefonpapier wird nach Qualität in drei Kategorien eingeteilt: A, B und C, wobei A und B zur Herstellung von Kommunikationskabeln verwendet werden. Telefonpapier gibt es in zwei Spezifikationen: DH-50 und DH-75.

Telefonpapier ist Bahnpapier.

3.1.3.5 Kondensatorpapier

Kondensatorpapier wird in Kategorie A und Kategorie B unterteilt. Kategorie A wird für metallisiertes Papierdielektrikum in der Elektronikindustrie verwendet, und Kategorie B für Standardkondensatorpapier für Leistungskondensatoren, das sich durch hohe Dichte und geringe Dicke auszeichnet.

3.1.3.6 Wickelisolierpapier

Wickelisolierpapier wird als Grundplatte des Klebepapiers verwendet (Klebepapier gibt es einseitig, doppelseitig und als Gitterklebepapier und wird zum Umwickeln von Isolierrohren und kapazitiven Manschetten verwendet). Das charakteristische Merkmal von Wickelisolierpapier ist, dass die Wasseraufnahme höher ist als bei Kabelpapier und niedriger als bei Imprägnierpapier. Seine Dicke beträgt 0,07mm, 0,09mm.

3.1.3.7 Imprägniertes Isolierpapier

Imprägniertes Isolierpapier ist ein Isolierpapier, das zur Herstellung von laminierten Produkten nach Imprägnierung mit Harz verwendet wird. Je nach Verwendungszweck der laminierten Produkte wird imprägniertes Isolierpapier unterteilt in: Sulfat-Holzschliffpapier, Sulfit-Holzschliffpapier. Das wichtigste Merkmal von imprägniertem Isolierpapier ist seine gute Imprägnierbarkeit, seine Wasseraufnahmehöhe ist die höchste unter den Isolierpapieren, und das imprägnierte Isolierpapier ist neutral.

3.2 Isolierkrepppapier

Isolierkrepppapier wird aus elektrotechnischem Isolierpapier durch Kreppung hergestellt. Es weist Falten entlang seiner Querrichtung auf, die sich beim Dehnen öffnen. Durch unterschiedliche Kreppverfahren können Krepppapiere mit unterschiedlicher Dehnung hergestellt werden. Die Dicke des Isolierpapiers beträgt in der Regel 0,05mm~0,12mm, und der Dehnungsbereich liegt bei 5%~200%. Isolierkrepppapier wird häufig in der Wickelisolation ölgefüllter Transformatoren verwendet, wie z.B. für die Isolierbandage von Wickelköpfen, Anschlüssen und Isolierschirmen.

3.3 Denison-Papier

Das modifizierte Isolierpapier wird zu Nitrilpapier verarbeitet, wobei dem Zellstoff bei der Herstellung Bis-Nitrilamin, Ethylencyanid usw. zugesetzt werden. Hergestellt von Denison in den USA, zeichnet es sich dadurch aus, dass das Papier nach dem Kreppen und Kalandrieren eine gute mechanische Festigkeit und eine angemessene Dehnung aufweist. Es ist ein ideales Material für die Isolierung der Wicklungen großer Transformatoren und kann zum Umwickeln von Transpositionsdrähten verwendet werden, um Dichtheit ohne Quellphänomene zu gewährleisten.